30分钟上手！用Python搞定空气质量数据处理：从采集到可视化全流程

30分钟上手！用Python搞定空气质量数据处理：从采集到可视化全流程

【免费下载链接】pytudes Python programs, usually short, of considerable difficulty, to perfect particular skills. 项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/py/pytudes

你还在为空气质量数据处理繁琐而头疼？面对海量监测数据不知从何下手？本文将带你用Python实现从数据采集到可视化的完整流程，无需复杂编程背景，30分钟即可掌握核心技能。读完你将学会：数据清洗技巧、统计分析方法、交互式图表制作，以及如何将结果转化为决策建议。

数据采集与预处理

空气质量数据通常以CSV或JSON格式存储，包含时间、地点、PM2.5、PM10等指标。使用pandas可快速加载数据，参考ipynb/BikeCode.ipynb中的数据解析方法：

import pandas as pd
def parse_air_quality(file_path):
    df = pd.read_csv(file_path, parse_dates=['timestamp'])
    # 处理缺失值
    df = df.fillna(method='ffill')
    # 添加衍生指标（如空气质量指数AQI）
    df['aqi'] = df[['pm25', 'pm10']].apply(calculate_aqi, axis=1)
    return df

项目中的py/pytudes.py模块提供了通用数据处理工具，可直接调用add_ride_columns函数扩展数据维度。

统计分析核心方法

对空气质量数据进行多维度分析时，可采用概率分布模型评估污染风险。参考ipynb/Diamonds.ipynb中的概率分布实现：

from statistics import mean, stdev
class AirQualityDist:
    def __init__(self, values):
        self.mu = mean(values)  # 均值
        self.sigma = stdev(values)  # 标准差
        self.distribution = self.normal_distribution(values)
    
    def normal_distribution(self, values):
        # 生成正态分布概率密度
        return [(x, (1/(self.sigma*2.5))*exp(-0.5*((x-self.mu)/self.sigma)**2)) 
                for x in sorted(values)]

通过该模型可计算特定污染浓度出现的概率，为环境预警提供数据支持。

可视化实践指南

使用matplotlib和seaborn创建直观的数据图表。项目中的ipynb/Mean Misanthrope Density.ipynb提供了完整可视化方案：

import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

def plot_pollution_trend(df):
    plt.figure(figsize=(12,6))
    sns.lineplot(data=df, x='timestamp', y='pm25', hue='district')
    plt.title('PM2.5 Concentration Trend by District')
    plt.grid(which='major', linestyle='-', alpha=0.7)
    plt.minorticks_on()
    plt.grid(which='minor', linestyle=':', alpha=0.3)
    return plt

关键图表类型推荐：

• 时间序列图：展示污染变化趋势
• 热力图：分析空间分布特征
• 箱线图：比较不同区域污染差异

实战案例：城市污染热点识别

结合地理信息数据，通过空间插值算法生成污染热力图。使用项目中的ipynb/map3.png作为底图，叠加污染数据：

from scipy.interpolate import griddata
import numpy as np

def create_pollution_heatmap(lon, lat, values):
    # 网格插值
    xi = np.linspace(min(lon), max(lon), 100)
    yi = np.linspace(min(lat), max(lat), 100)
    zi = griddata((lon, lat), values, (xi[None,:], yi[:,None]), method='cubic')
    
    # 绘制热力图
    plt.imshow(zi, extent=[min(lon), max(lon), min(lat), max(lat)], origin='lower')
    plt.colorbar(label='PM2.5 Concentration (μg/m³)')
    plt.imshow(plt.imread('ipynb/map3.png'), extent=[min(lon), max(lon), min(lat), max(lat)], alpha=0.5)
    return plt

该方法可精准定位污染热点区域，辅助环境治理决策。

高效部署与扩展

处理大规模监测数据时，可采用项目py/ngrams.py中的批处理框架，结合ipynb/AdventUtils.ipynb的并行计算工具提升效率。建议使用以下流程：

1. 数据预处理：py/pytudes.py清洗异常值
2. 特征工程：ipynb/How To Count Things.ipynb提取时空特征
3. 模型训练：ipynb/ProbabilitySimulation.ipynb构建预测模型
4. 结果可视化：ipynb/Bike-Stats.ipynb生成报告图表

通过这套流程，可快速构建从数据采集到决策支持的完整解决方案。收藏本文，关注项目README.md获取更多实战案例。

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